Том 20. Творчество в математике. По каким правилам ведутся игры разума - страница 9

Способность видеть нужные взаимосвязи можно развить. Для этого необходимо перебирать различные альтернативы, пробовать и ошибаться, возвращаться назад и идти другим путем, иными словами, экспериментировать. Так мы учимся выбирать подходящие пути и отклонять неподходящие, не проходя их все до единого. Это искусство изобретать, открывать пути решения математической задачи известно под названием «эвристика».

Наибольших успехов в ней достиг венгерский математик первой половины XX века Дьёрдь Пойа. «Да, математика имеет две стороны: с одной стороны, это точная наука Евклида, с другой стороны, это еще и нечто большее, — говорил он. — Математика, представленная в стиле Евклида, кажется систематической и дедуктивной наукой, однако математика как процесс больше напоминает экспериментальную, индуктивную науку. Оба ее аспекта столь же древние, как и сама математика». Именно это «нечто большее», как вы увидите далее, очень тесно связано с творчеством в математике. В книге «Как решать задачу» Пойа приводит четыре основных этапа решения математической задачи.

1. Понять задачу.

2. Составить план решения.

3. Осуществить план решения.

4. Оглянуться на полученное решение и проанализировать его.

Пойа различает задачи на доказательство и задачи на поиск решения. Задача, рассмотренная в предыдущем разделе, относится ко второму типу. В конце этой главы мы приведем пример эвристического решения задачи первого типа.

* * *

* * *

Творческий характер эвристического метода подчеркивали Дэвис и Херш: «Эвристический пример доказательства и опровержения, предложенный Лакатосом… может быть применен при создании новой математики» (Дэвис и Херш, 1989, стр. 216). Чтобы применить эвристический метод подобным образом, требуется смена точки зрения и немалая доля мужества — в том числе потому, что распространенное представление о математике не согласуется с тем, что представляет из себя математика на самом деле.

Рассмотрим в качестве примера одну из фундаментальных теорем геометрии на плоскости, которая гласит, что сумма углов треугольника равна развернутому углу. Иными словами, в любом треугольнике с углами А, В и С выполняется равенство A + В + С = 180°, где 180° — величина развернутого угла.

Совместим ли мы вершины всех трех углов треугольника в одной точке и проверим, равна ли их сумма развернутому углу, или пойдем путем эксперимента, вырезав ножницами три угла треугольника из бумаги и расположив их требуемым образом, — все эти действия доказывают не теорему, а лишь частный случай.

Наиболее известное доказательство этой теоремы основано на том, что через одну из вершин треугольника, например С, проводится прямая r, параллельная противоположной стороне треугольника. В результате построения образуются два внешних угла треугольника при вершине С. Обозначим их X и Y.

Так как прямая r параллельна стороне АВ, угол X равен углу А. Это же справедливо для углов В и Y. Однако очевидно, что три угла при вершине С образуют развернутый угол. Следовательно, 180° = X + C + Y = A + C + B, таким образом, сумма углов треугольника равна развернутому углу: А + В + С = 180°.

В основе этого доказательства лежит построение дополнительной линии, которая используется в дальнейших рассуждениях. Существует много способов построить дополнительные точки и линии, но для наших целей подходит только один. На решение задачи также влияет форма и положение построенного треугольника, то есть картина, которую мы видим своими глазами.

Те, кто не догадался, что через одну из вершин треугольника можно провести прямую, параллельную противоположной его стороне, могут взглянуть на доказательство с другой точки зрения. Для этого рассмотрим построение треугольника подробнее.